تاثیر بار بر خواص ساختاری اکسیدروی آلاییده به هیدروژن

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 آزمایشگاه پژوهشی رشد بلور، دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشکده شیمی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 آزمایشگاه پژوهشی ابررسانایی، دانشکده فیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

تاثیر بار بر اکسیدروی دارای ساختار ورتزایت و آلاییده به هیدروژن بین جایگاهی با نظریه تابعی چگالی بررسی شد. محاسبات با استفاده از کد محاسباتی کوانتوم اسپرسو و با تقریب گرادیان تعمیم یافته (GGA) انجام پذیرفت. محاسبات انرژی تشکیل، نشان داد H+  حالت پایدارتری را در مقایسه­ی با­ H0  وH-  در این ساختار دارد. محاسبات چگالی بار الکترونی و آنالیز بیدر(Bader) نشان داد که در هر سه حالت آلایش با H+،H0   وH-، هیدروژن به دلیل داشتن الکترونگاتیوی بیشتر در مقایسه با روی، به اکسیژن متصل شده، بار الکتریکی آن اتم را افزایش داده و اتم روی را از خودش دور می­کند. هیدروژن به دلیل قرار گرفتن در فضای چگالی باری حجم سلول را تحت تاثیر قرار می­دهد که در حالتH+ پارامترهای شبکه و حجم ابرسلول کاهش یافته و در حالت­هایH0   و H- اینکمیت­ها افزایش می­یابند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of charge on the structural properties of hydrogen doped ZnO

نویسندگان [English]

  • Fahime BustanAfruz 1
  • Mostafa Fazli 2
  • Mohammad Reza Mohammadizadeh 3
  • Majid Jafar Tafreshi 1
1 Crystal Growth Research Laboratory, Faculty of Physics, Semnan University, Semnan, Iran
2 School of Chemistry, Semnan University, Semnan, Iran
3 Superconductivity Research Laboratory, Faculty of Physics, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Effect of charge on the structural properties of Wurtzite ZnO doped with interstitial hydrogen was investigated using Density Function Theory. Calculation performed using Quantum Espresso package with Generalized Gradient Approximation (GGA). Calculations for formation energy showed that H+ is more stable than H0 and H- doping in this structure. Charge density calculation and Bader analysis showed that for all three H+, H0 and H- states hydrogen due to its higher electronegativity in compared with Zn atoms, joins to oxygen and increases its charge and repulses zinc atom. Hydrogen doping affects on volume of supercells due to locating in space charge density, therefore cell parameters and volume of supercell decrease in H+ state, while these values increase for H0 and H- states. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • ZnO
  • Charge of Hydrohen
  • Bader analysis
  • Charge densityو Structural properties
[1] P. Gori, M. Rakel, C. Cobet, Phys. Rev. B, 81 (2010) 125207.
 
[2] C. G.Van de Walle, Phys. Rev. Lett., 85, No. 5 (2000) 1012.
 
[3] A. Janotti, C.  G Van de Walle, Rep. Prog. Phys, 72 (2009)1.
 
[4] A. Kronenberger, A. Polity, D. M. Hofmann, B. K. Meyer, Phys. Rev. B, 86 (2012) 115334.
 
[5] Y.H. Kim, S. Zh. Karazhanov, W.M. Kim, Phys. Status Solidi B, 248, No. 7 (2011) 1702.
 
[6] L. Chen, W. Chen, J. Wang, F. Chau-Nan Hong, Appl. Phys. Lett., 85, No. 23 (2004) 5628.
 
[7] P. F. Cia, J. B. You, X. W. Zhang, J. J. Dong, X. L. Yang, Z. G. Yin, and N. F. Chen, J. Appl. Phys., 105 (2009) 083713.
 
[8] I. Takahashi and Y. Hayashi, Jap. J. of Appl. Phys. 54 (2015) 01AD07.
 
[9] D. Gaspar, L. Pereira, K. Gehrke, B. Galler, E. Fortunato, and R. Martins, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 163 (2017) 255.
 
[10] B. Macco, H. C.M. Knoops, M. A. Verheijen, W. Beyer, M. Creatore, and W. M. M. Kessels, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, Accepted 17 May 2017.
 
[11] S. G. Koch, E. V. Lavrov, and J. Weber, Phys. Rev. B89 (2014) 235203.
 
[12] S. Zh. Karazhanov and A. G. Ulyashin, Phys. Rev. B, 78 (2008) 085213.
[13] F.Herklotz, E. V. Lavrov, J.Weber, Physica B, 404 (2009) 4349.
[14] F.T. Kong, H.J. Tao, H.R. Gong, J .of Hydr. Ener., 38 (2013)5974.
[15] X. Li, S. Limpijumnong. W. Q. Tian, H. B. Sun, S. B. Zhang, Phys. Rev. B., 78 (2008) 113203.
[16] F. Bustanafruz, M. Fazli, M. Mohamadizade, M. J. Tafreshi, Opt Quant Electron, 48 (2016) 297.
[17] P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G. L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, A. D. Corso, S. de Gironcoli, S. Fabris, G. Fratesi, R. Gebauer, U. Gerstmann, C. Gougoussis, A. Kokalj, M. Lazzeri, L. Martin-Samos, N. Marzari, F. Mauri, R. Mazzarello, S. Paolini, A. Pasquarello, L. Paulatto, C. Sbraccia, S. Scandolo, G. Sclauzero, A. P. Seitsonen, A. Smogunov, P. Umari, and R. M. Wentzcovitch, J. Phys, Cond. Mat., 21 (2009) 395502.
[18] Y. R. Park, J. Kim, and Y.S. Kim, ApplSurfSci., 255 (2009) 9010.
[19] X. Ma, Y. Wu, Y. Lv, and Y. Zhu, J. Phys. Chem. C, 117 (2013) 26029.